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1、西南科技大学核电子学复习资料第一章1、核电子学：核科学与电子学相结合的产物，用电子学的方法来获取和处理核信息的科学。2、核电子学的特点：输出的电脉冲信号强度在纳秒到微妙量级；输出的电脉冲信号有随机性、非周期性、非等值性；测量精度要求高；信息量大；本底事例多。3、核电子学发展趋势：标准化、插件化、集成化；电子技术和计算机技术紧密结合。4、核电子学测量系统的三部分：模拟信号获取和处理系统；模数转换系统；数据获取处理系统。5、为什么需要辐射探测器？不能感知，需要借助辐射探测器探测各种辐射，给出辐射类型、强度、能量及时间等特征。即对辐射进行测量。6、核辐射探测器定义：利用辐射在气、液、固体中引起的电离
2、，激发效应或其他物理化学进行辐射探测的器件。7、核辐射探测器的分类，按作用机制可分为：气体探测器、闪烁探测器、半导体探测器。8、辐射探测器基本过程：辐射粒子摄入探测器的灵敏体；入射粒子通过电离、激发等效应在探测器中沉积能量；探测器通过各种机制将沉积的能量转换成某种形式的输出信号。9、辐射探测器的要求和特点：通常核辐射探测器的输出信号是随机分布的电荷或电流脉冲（时间特性、幅度分布上的非周期性和非等值性） 。由脉冲及相关参数所得到的信息：脉冲所携带的电荷量、脉冲出现的准确时刻、脉冲的形状。10、核电子学信号特点：随机性；信号弱，但跨度大；速度快。11、探测器的主要类别和输出信号：根据给出信息，分为
3、：电信号、非电信号电信号：气体探测器（气体电离室，正比计数器，G-M 管等） 、半导体探测器（ P-N 结、PIN 结、高纯锗等） 、闪烁体探测器（=闪烁体+光电倍增管）探测器输出信号的特点：产生相应的输出电流，可等效为电流源；有一定时间特性，可用于时间分析；输出电熔上取积分电压信号，可做射线能量测量。12、核辐射探测器的性能：探测效率：探测器测到的粒子数与此时实际入射到探测器中的该种粒子总数的比值。输出幅度：由平均电离能和入射离子能量决定。分辨率：识别两个相邻的能量、时间、位置之间最小差别的能力。主要有能量分辨率、时间分辨率、空间分辨率。线性响应：衡量在一定范围内探测器所给出的信息，与入射粒
4、子相应的物理量是否成线性关系的标志。稳定性：温度和电源变化引起了探测器性能的稳定性，它是描述探测器性能变化随温度和电源变化的指标。13、探测器的输出电路：探测器本身的输出电路+与之相连的放大器的输入电路。14、噪声对核测量的影响：噪声叠加，混杂到信号上，使核辐射测量系统的能量、时间分辨率力学影响、某些有用的微弱信号被噪声“淹没” 。15、噪声与干扰及二者的区别：噪声是由所采用的元器件本身产生的，干扰是空间电磁波效应，工频（50 周）交流电网的干扰，以及电源及波干扰等外界因素；噪声原则上可以减少但无法消除，而干扰对测量的影响，可在电路和工艺上设法予以减小或消除。16、噪声的衡量：采用均方值作为噪
5、声大小的衡量尺度。信噪比：噪声对测量精度的影响，常用信号幅度和噪声均方值根的相对比值 表示。1、输入信号为 ，等效到输入端的等效噪声电压：2、交换增益 ACQ，放大器输出端的输出电压幅度 V0=QACQ，则等效噪声电荷： ，等效噪声电荷数：3、等效噪声能量4、由噪声造成的能量半高宽 总半全高宽17、噪声的分类：散粒噪声、热噪声、低频噪声、 （颤噪声）散粒噪声：在电子器件或半导体探测器中，由于载流子产生和消失的随机溺落，形成通过器件电流的瞬间波动，或输出电压的波动。热噪声：由导体或电阻中载流子的运动，是电路中的电流产生涨落所造成，它与电路的外加电压和平均电流无关。颤噪声：由于系统安装位置的机械振
6、动或冲击。低频噪声：在合成炭质电阻和晶体管，场效应管中，还存在一种随频率降低而增大的低频噪声。白噪声：功率谱密度恒是常数的噪声，即有 s()=a 。18 时域和频率分析：时域中的积分运算在频率中变成了代数运算（即时域卷积=频域和积）例：对于多级串联网络，如 h1(t) H 1(), h2(t) H 2(), h3(t) H 3(),则总的网络响应为：h(t)=h1(t)*h2(t)*h3(t)，H( )= H 1() H 2() H3()或 H(s)= H1(s) H2(s) H3(s)RC 积分电路：冲击响应： 频率响应：RC 微分电路：时域： 频域：19 短路延迟线：延迟线又名传输线或仿真
7、线，在核电子仪器中主要用于不失真的延迟信号。延迟线可以看作由很多数值较小的电感和电容组成。它的工作原理可以由两根真实的长导线来模仿。第二章1、前置放大器的作用：提高电流的信噪比；减少外界干扰的相对影响；合理布局，便于调节和使用；实现阻抗转换和匹配。2、前置放大器的分类，根据探测器输出信号成形特点分类：电压灵敏前置放大器；电荷灵敏前置放大器；电流灵敏前置放大器。3、电压灵敏前置放大器的主要问题：输入端总电容 Ci 不稳定会导致输入电压幅度 Vom 的不稳定，采用引入大电容来相对减少 Ci 的不稳定，电荷灵敏前置放大器（带有电容负反馈的电220lim()TnnVtd onSNVoi ()noiiV
8、E()nonoCQEN ()()NCe()nowe2.36()NEFWHM2()()E DEtueRCtt()jRC流积分器）C f 上不断积累电荷量，并为稳定反馈的直流工作点， Rf 泄放电阻（阻止较大，与Cf 并联）4、电流灵敏前置放大器：对探测器输出电流信号直接放大，通常是一个并联反馈电流放大器。输入电阻小，但间响应较好，常用作快放大器；因相对噪声较大，主要适用于时间测量系统。5、电荷灵敏前置放大器的主要特征：交换增益；反馈；输出噪声；输出脉冲上升时间及其稳定性。输出电压幅度 Vom，交换增益 =1/Cf （单位 v/c,电荷对幅值的贡献）能量变换增益： （注： ， ， ）EeQ=OMC
9、EVA反馈系数：F 反馈深度：6、电荷灵敏前置放大器的噪声：（要求探测器-放大器系统的信噪比尽可能高，在放大器中一般只考虑在前置放大器的一级减少噪声）探测器漏电流 ID 的噪声 电阻 RD 热噪声 场效应管栅极漏电流 Ig 噪声场效应管沟道热噪声场效应管闪烁噪声反馈电阻 Rf 的热噪声并联噪声：a 噪声：与 2 成正比的输入并联电流噪声。b 噪声：与 无关的输入并联电流噪声。c 噪声：与 成正比的输入并联电流噪声。7、降低前置放大器噪声措施：输入级采用低噪声器件；低温运用；减小冷电容C ；反馈电阻 Rf 和探测器负载电阻 RD，常通过实验选用低噪声电阻，阻值一般在10910 10；调节时间常数
10、，选择最佳信噪比。OMCQVAOCQ0AF2DdieIf4RkT2gieIf83Tmkdv2ffAR4ffki第三章1、放大器在核测量系统中的作用及其结构。作用：放大、成形。结构：极性转换电路、极-零相消电路、积分滤波电路、基线恢复电路等。2、放大器的基本参量：放大倍数及其稳定性、线性（积分非线性和微分非线性） 、噪声与信噪比、过载特性（幅度和计数率） 、上升时间、输入输出阻抗。放大倍数：取决于前置放大器输出幅度值和后续分析测量设备所要求的信号大小。稳定性：由于环境温度的变化。积分非线性： V omax:实际输出特性与理想输出特性之间的最大偏差。 Vomax:最大输出额定信号幅度。微分非线性：
11、 :实际测量到的放大器输出/oi曲线上某处的斜率。幅度过载：放大器在一个线性范围，当输入特大脉冲信号，使放大器获得比正常的高几百倍的输入脉冲，在某级或几级中远离线性区，并使有的器件饱和，有的器件截止。这个大信号、放大器在一段时间内不能恢复正常工作。引起过载的脉冲信号为过载脉冲。死时间：这一段不能恢复的时间称为死时间。计数率过载：由于计数率过高引起的脉冲幅度分布的畸变。 （谱峰展宽，峰的位置发生偏移，甚至出现假峰）3、幅度过载解决方法：尽可能采用直流耦合，从根本上消除电容充放电的现象；当有耦合电容时，从电路上采用差分放大器的形式，可以具有良好的抗过载性能；采用滤波成形，是输入脉冲变窄，缩短电容的
12、充电时间；在输入端加一级限幅电路来限制过载脉冲。4、改善计数率过载性能：加入适当的滤波成形电路。如微分电路，P655、过载恢复时间：表示抗过载性能，在给定的过载程度的条件下，放大器输出波形回到基线并保持在基线附近最大额定输出电压1%的一个带内，小信号增益已回到正常时所需的时间。6、谱仪放大器中最常采用的反馈形式：电压并联负反馈、电压串联负反馈。电压并联负反馈（反相输入）增益 ；输入阻抗 ；输出阻抗 电压串联负反馈（同相输入）增益 ；输入阻抗 输出阻抗同、反相端输入信号（As）和噪声（An ）放大倍数。同相 信噪比对比：反相 7、谱仪放大器：基本由放大节、滤波成形电路组合而成。max10%oIN
13、L/oiDfRAif1ofRAF1()iofF1fSARfnfSAR1n8、滤波成形电路主要任务：抑制系统的噪声，使系统信噪比最佳；使信号的形状满足后续分析测量设备。9、白化滤波器：将噪声变为白噪声的网络。10、弹道亏损：输入电流脉冲宽度有限时，则在输出回路上产生的电压幅度 VCM 恒小于输入时电荷的冲击电流产生的幅度 VCMO，这个幅度上的亏损称为弹道亏损。11、堆积畸变：谱仪放大器中多采用准高斯型的阻容流波成形电路，时间常数较大，输出信号有一定的峰部和缓慢衰减的尾部，在计数率高的情况下，由于堆积而引起谱的畸变。一般将脉冲堆积对幅度测量的影响分为：峰堆积影响、尾堆积影响。12、极-零相消电路
14、：可以将输入脉冲顶部较大衰减时间常数变成较小衰减时间常数，从而达到微分目的，当调整电阻使 1 i 时，即可以消除脉冲的下冲。也称为极- 零补偿的微分电路。 （看作业）13、基线恢复产生的原因：基线偏移、堆积存在使信号的基线发生涨落，除此之外，即使是无尾堆积的信号脉冲通过 CR 网络时，由于电容器上的电荷在放电时间内，未能把充电的电荷放光，那末下一个脉冲到达时，电容上的剩余电荷将起这个新出现脉冲的基线偏移。14、高能量分辨率高计数率谱仪放大器：将堆积电路基线恢复电路都组合在一起。与通用谱仪放大器的主要区别：加入了堆积拒绝电路，也称为反堆积放大器。15、对峰堆积的处理方法：首先要能随时发现峰堆积，
15、通常是设法判别信号的时间间隔是否过小，堆积是否发达，然后把发生峰堆积的信号踢出，不予放大和记录。16，线性门：是传输信号的一个门电路，其作用在控制信号（门控信号）作用下，可以有两个状态。17、死时间矫正：时间内，如果再有信号输入都要被舍弃，因此监测时间就是堆积拒绝电路的死时间，在这个死时间内不能记录输入信号，计时电路应从总的测量时间内扣除这个死时间得到活时间。由此测得的总计数除以活时间就是信号计数率。第四章1、脉冲幅度甄别器：脉冲幅度选择的基本电路。有一个可变阈电压，称为甄别阈。2、微分谱：N(V Tm)=N(VTm+1)-N(VTm)是脉冲幅度在某个阈电平间隔中的计数大小。N 与VT 的关系就是脉冲幅分布曲线，也即使通常要测量的能谱曲线。积分谱：测量到相应的大于 VT 的脉冲数 N(VT)，所得到的 N(NT)与 V
